纳米陶瓷复合材料

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1、纳米陶瓷复合材料专业：轻化工程姓名：张路摘要介绍近年来国内对纳米陶瓷复合材料的研究，与传统陶瓷材料相比有哪些本质的变化，本文主要介绍纳米陶瓷复合材料的制备方法；应用性能；以及在未来复合材料当中的发展前景。关键词：纳米材料、纳米陶瓷、传统陶瓷材料、制备方法、性能、应用、微观结构、发展前景等。引言：陶瓷是人类最早使用的材料之一．在人类发展史上起着重要的作用。但是，由于传统的陶瓷材料具有耐高温、耐磨顺、耐腐蚀及重量轻等许多优良的性能，同时它有一个致命的弱点就是脆性大，韧性和强度较差、可靠性低，使陶瓷材料的应用领域受到较大限制。随着科技的不断的发展，研究人员也探索出了许多改善传统陶

2、瓷材料性能的途径，其中有往陶瓷材料中添加另一种物质，使其均匀的分散在陶瓷基体中来改善、提高其各种性能。在许多改善性能的途径中最好的就是让其具有纳米级别的颗粒分散在陶瓷基体中，这就是由于纳米技术的发展而产生了纳米陶瓷复合材料。纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。自Gleiter利用气体冷凝法制备表面纯洁的超细微粒,并利用原位加压法压制成型,制成纳米块体纳米材料,首次提出纳米材料的概念。世界各国先后对这种新材料给予了极大的关注。1986年日本的Nih。等图首次在基体中引人纳米级的SIC

3、制备出纳米陶瓷复合材料,发现不仅可使基体材料的室温力学性能(如常温硬度、强度和断裂韧性等)得到提高,而且可显著改善材料的高温性能(如高温硬度、强度、蠕变拉力、耐热冲击性能等),同时发现具有可切削加工性和超塑性。它是指通过有效的分散、复合使异质相纳米颗粒均匀、弥散地保留于陶瓷基质结构中而得到的复合材料，当其具有某种特殊功能时便称之为纳米功能陶瓷。现今，通过对纳米尺度的复杂多元氧化物体系的物理、化学及结构、组成、性能和使用效能等相互关系的研究，并借助于离子置换、掺杂等方法调节优化其功能，已经出现了许多具有优异性能或特殊性能的纳米陶瓷。通过往陶瓷中加入或生成纳米级颗粒、晶须、晶片

4、纤维等，使晶粒、晶界以及他们之间的结合都达到纳米水平，使材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高。目前，虽然纳米陶瓷还有许多关键技术需要解决，但其优良的保温和高温力学性能，使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等许多方面都有广泛的应用，并在许多超高温、强腐蚀等苛刻环境下起着其他材料不可替代的作用。纳米陶瓷复合材料的制备纳米陶瓷复合材料一般可分为三类:晶粒内纳米陶瓷复合材料,即纳米粒子主要分布于陶瓷基体晶粒内部;晶粒间纳米陶瓷复合材料，即纳米粒子主要分布于基体晶粒间界;通常这两种类型容易共存,称为混合型纳米陶瓷复合材料;第三类为纳米/纳米陶瓷复合材料,即基体晶粒也保持为纳米尺寸。其中

5、纳米/纳米复合材料由于纳米颗粒的异常活跃,因此制备晶粒未长大的、致密的纳米复合陶瓷十分困难。而晶粒内或晶粒间纳米陶瓷复合材料,由于纳米粒子主要弥散于基体结构中的晶粒内或晶粒间,使得纳米颗粒可以在另一组分的基体中得以保留。纳米陶瓷材料的制备方法主要包括纳米粉体的制备、成形和烧结。解决纳米粉体的团聚、成形素坯的开裂以及烧结过程中的晶粒长大等已成为提高纳米陶瓷质量的关键。纳米陶瓷粉体是纳米陶瓷材料制备的基础。纳米陶瓷粉体难以采用传统的机械方法制得，现在已发展了多种纳米陶瓷粉体的制备方法，包括物理或化学制备方法。具体方法分类如下图所示：纳米陶瓷粉体制备方法物理法热物理法：惰性气体冷

6、凝法、电子束蒸发法、激光剥离法、DC或PF溅射法等机械法：机械球磨法、SPD（SeverePlasticDeformation）化学法化学气相法：化学气相沉积、激光诱导气相沉积法、等离子气相合成法、激光热解法、激光蒸发反应法等湿化学法：沉淀法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法、水热合成法、化学分解法、微乳液法等评价粉体制备方法的优劣主要有以下几条标准：（1）粒子纯度及表面的清洁度；（2）粒子粒径及粒度分布；（3）粒子几何形状规整度，晶相稳定性；（4）粉体有无团聚或团聚程度。制备纳米复合陶瓷的关键是使纳米颗粒均匀分散在陶瓷基质中。而纳米材料粒径小,比表面积大,界面原子多,存在大量的悬

7、键和不饱和键,使得纳米颗粒具有较高的化学活性,极易团聚形成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚体。在致密化过程中,会导致纳米颗粒异常长大,失去纳米弥散相的独特作用。因此,克服纳米颗粒的团聚,使其充分分散,并与基质颗粒均匀混合是获得高性能纳米复合材料的前提。机械混合法机械混合法是最早出现的一种纳米陶瓷复合材料制备技术,制备方法是将纳米粉末和基质粉末混合,球磨后烧结成型;其优点是工艺简单,但由于球磨本身不能完全破坏纳米颗粒之间的团聚,不能保证纳米相和基质相的均匀分散,同时由于球磨介质的磨损,会带入一些杂质,给纳米复合材料